劉如熹臺灣大學:化學研究所柯韋志Ke, Wei-ChihWei-ChihKe2010-06-302018-07-102010-06-302018-07-102009U0001-2906200922425100http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/187581近年來白光發光二極體(white light emitting diode; WLED)備受全球矚目，其具高效率、壽命長、無熱輻射、無汞汙染、反應速度佳、體積小等優點，為二十一世紀照明之新光源。目前已有多種產生白光之方法，市面上以藍光LED搭配黃色螢光粉產生白光為目前業界中較為成熟之技術，但其專利權幾乎被日系廠占據，且其存在演色性較差、色溫偏高或不均、白光不易控制等缺點。故此法雖為現階段市面主流，但仍具許多改善空間。有鑑於此，UV LED搭配紅、綠、藍色螢光粉除專利權之阻礙較小外，且具低成本、光色均勻不易偏色、高演色性等優點，並可與多種螢光粉搭配，為未來發展之主要趨勢。研究將研發適合UV LED激發之高色純度紅、綠、藍(R, G, B)螢光粉，且具高發光效率與高穩定性。研究內容著重於BaMgAl10O17與Ca2Si5N8兩個系列之螢光材料，前者添加Eu2+與Mn2+為發光中心，探討其發光特性與能量轉移機制，並研究助熔劑效應與粉體穩定性之關係；後者則克服一般氮化物之合成困難，於常壓下合成純相之氮化物紅色螢光粉。本研究並將所合成之紅、綠、藍(R, G, B)螢光粉以UV LED激發製作完成白光發光二極體。本研究中所使用之分析方法為主要以粉末X光繞射儀(X-ray diffraction; XRD)鑑定樣品之純度及其長程有序晶體結構；利用光激發光光譜儀(photoluminescence; PL)分析螢光粉之激發光譜及放射光譜特性，並將發射光譜以軟體轉換為CIE色度座標；以掃瞄式電子顯微鏡(scanning electron microscope; SEM)進行樣品表面型態分析；並測試粉體之熱穩定性與濕度穩定性，且將粉體封裝後量測其電穩定性。本研究部分成果已申請一件專利，並已完成英文論文撰寫，且投稿於國際期刊中。White light-emitting diode (WLED) are regarded as the next generation light source because of their high efficiency, long lifetimes, lower heat generation, absence of mercury, short response times and many more favorable properties. Many methods are commonly applied to generate white light. The blue LED that coated with yellow phosphor is simpler and more widely used. However, the method faces serious problems of patent issue, poor color retention and high color temperature. Another approach is to use UV LED fitted with three phosphors emitting blue, red and green, this type offers superior color uniformity with a high color rendering index and excellent quality of light.he aim of this work is to develop the phosphors based on BaMgAl10O17 and Ca2Si5N8 nitride host material, which can produce superior blue, green and red lights under excitation by UV LED. The luminescence properties and energy transfer of BaMgAl10O17:Eu, Mn were investigated. In addition, the influence of the fluxes on the luminescence, moist and thermal stability was examined. Furthermore, Ca2Si5N8:Eu, a nitride phosphor, which is produced by a solid-state reaction under ambient pressure conditions as a red phosphor. We prepared WLED by coating the synthesized blue, green and red phosphors on a UV LED chip to verify the real application capability.he characterization of the phosphors was carried out by X-ray diffraction (XRD) to study the crystal structure, and photoluminescence (PL) measurements were investigated, and the emission spectra were transformed by the program to realize their CIE color coordination and color purity. We utilized scanning electron microscope (SEM) to research their particle size and morphology. The thermal and moist stability were examined. Some results of this study are applying for one patent and submitting for one publication.總目錄 I目錄 V目錄 X一章 緒論 1.1 發光之定義與分類 2.1.1 發光之定義 2.1.2 發光之分類 3.2 色彩簡介 4.2.1視覺敏感度 4.2.2 CIE色度座標圖(CIE chromaticity diagram) 6.2.3 色溫(color temperature) 9.2.4 演色性(color rendering index) 10.2.5 專有名詞 12.3 白光發光二極體簡介 13.3.1 發光二極體之原理 13.3.2 白光發光二極體之製作方法 15.3.3白光發光二極體之應用 17.3.3.1白光LED與車用電子設備 17.3.3.2白光LED與LCD背光源 18.3.3.3白光LED與醫療設備照明 19.3.3.4白光LED與室內外照明 19.4 白光發光二極體用之螢光粉 20.4.1 螢光粉之發光原理 21.4.2 主體晶格之選擇 22.4.3 活化劑之選擇 24.4.4 抑制劑之選擇 25.4.5 稀土離子 25.5 影響發光特性之因素與定則 27.5.1 主體晶格效應 28.5.1.1 電子雲擴張效應(nephelauxetic; clound expanding) 28.5.1.2 晶格場理論(crystal field theory) 29.5.2 斯托克位移(Stokes shift)與卡薩定則(Kasha rule) 30.5.3 法蘭克-康頓原理(Franck-Condon Principle) 31.5.4 濃度淬滅(Concentration quenching) 32.5.5熱淬滅(Thermal quenching) 33.6 文獻與專利回顧 34.6.1 鹼土鎂鋁酸鹽類 35.6.2 氮化物 37.7 研究動機與目的 39二章 樣品合成與儀器分析 40.1 化學藥品 40.2 樣品之製備 41.2.1 固態反應法 41.2.2 助熔劑法 42.2.3 實驗流程 43.3 樣品鑑定 45.3.1 粉末X光繞射儀 (X-ray diffraction; XRD) 46.3.1.1 X光基本原理 46.3.1.2 繞射原理 48.3.1.3 結構精算 50.3.1.4 XRD實驗儀器 52.3.2 光激發光譜儀(Photoluminescence; PL) 53.3.2.1 儀器原理 53.3.2.2 PL實驗儀器 55.3.3 熱淬滅(Thermal quenching) 56.3.4 掃描式電子顯微鏡(Scanning electron microscope; SEM) 57.3.4.1 儀器原理 58.3.4.2 SEM實驗儀器 59.3.5 螢光生命週期儀(Fluorescence lifetime measurement) 60三章 結果與討論 61.1 BaMgAl10O17:Eu特性分析 62.1.1 BaMgAl10O17結構簡介 62.1.2 BaMgAl10O17:Eu之XRD結構鑑定與精算分析 65.1.3 BaMgAl10O17:Eu之光激發光譜分析 68.1.4 BaMgAl10O17:Eu之臨界距離與能量轉移機制 72.1.5 BaMgAl10O17:Eu之光致發光衰減現象 74.1.5 BaMgAl10O17:Eu之VUV激發光譜分析 76.1.5.1 BaMgAl10O17之主體晶格放光與能量轉移 76.1.5.2 BaMgAl10O17:Eu之取代位置分布 78.1.6 BaMgAl10O17:Eu之助熔劑效應 81.2 BaMgAl10O17:Eu, Mn特性分析 83.2.1 BaMgAl10O17:Eu, Mn之XRD結構鑑定與精算分析 83.2.2 BaMgAl10O17:Eu, Mn之光激發光譜分析 86.2.3 BaMgAl10O17:Eu, Mn之臨界距離與能量轉移機制 91.2.4 BaMgAl10O17:Eu, Mn之VUV激發光譜分析 99.2.5 BaMgAl10O17:Eu, Mn之助熔劑效應 102.2.5.1 BaMgAl10O17:Eu, Mn之助熔劑效應於燒結純相之分析 102.2.5.2 BaMgAl10O17:Eu, Mn之助熔劑效應於表面形貌之分析 103.2.5.3 BaMgAl10O17:Eu, Mn之助熔劑效應於光學性質之分析 104.2.6 BaMgAl10O17:Eu, Mn之穩定性分析 107.2.6.1 BaMgAl10O17:Eu, Mn之熱穩定性分析 107.2.6.2 BaMgAl10O17:Eu, Mn之濕氣穩定性分析 114.3 Ca2Si5N8:Eu特性分析 117.3.1 Ca2Si5N8結構簡介 118.3.2 Ca2Si5N8:Eu之XRD結構鑑定與精算分析 120.3.3 Ca2Si5N8:Eu之光激發光譜分析 124.3.4 Ca2Si5N8:Eu之合成氮壓比較分析 127.3.5 Ca2Si5N8:Eu之熱穩定性分析 131.4 封裝測試分析 134.4.1 螢光粉之電穩定性分析 136.4.1.1 BAM:Eu之電穩定性分析 136.4.1.2 BAM:Eu, Mn之電穩定性分析 138.4.1.3 Ca2Si5N8:Eu之電穩定性分析 140.4.2 白光LED之特性分析 142四章 結論 146考文獻 1488195384 bytesapplication/pdfen-US螢光粉白光發光二極體phosphorwhite light emitting diodesthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/187581/1/ntu-98-R96223109-1.pdf